彭鵬

(天津大學建筑設計規(guī)劃研究總院，天津 300073)

辦公建筑空調室內計算參數(shù)分析

彭鵬

(天津大學建筑設計規(guī)劃研究總院，天津 300073)

為了獲得合理的室內計算參數(shù)以實現(xiàn)節(jié)約空調能耗的目的，本文以Fanger的熱舒適理論及PMV-PPD評價指標為依據并綜合考慮我國現(xiàn)階段國情，得出滿足熱舒適要求的舒適區(qū)，同時以天津地區(qū)的辦公建筑為例，采用建筑能耗模擬軟件DeST定量的分析了溫、濕度對空調能耗的影響規(guī)律。由于不同類型的建筑能耗差別很大，本文以辦公建筑為研究對象，分析建筑能耗特點并考慮室內熱舒適因素得出節(jié)能舒適區(qū)，從而為選擇室內計算參數(shù)提供參考依據。

溫度；濕度；熱舒適；建筑能耗

引言

據有關資料統(tǒng)計，公共建筑中，空調制冷采暖所消耗的能耗占到建筑能耗的50%～60%，按照以上比例推算，空調采暖能耗將占到總能耗的15%～20%。而且隨著經濟的發(fā)展，采暖地區(qū)的擴大，以及空調建筑的增加，空調采暖能耗的比例將越來越大。人的一生中80%以上的時間是在室內度過的，空調采暖系統(tǒng)的最終目的是保證空氣品質和維持室內合適的環(huán)境，即要控制合適的室內參數(shù)。隨著生活水平的不斷提高，人們往往追求更高的舒適度。目前，業(yè)主、設計人員往往在取用室內設計參數(shù)時選用過高的標準。室內參數(shù)不僅僅影響到人體的熱舒適，而且與空調系統(tǒng)的能耗息息相關。因此只有制定合理的室內設計參數(shù)，才能科學的計算冷熱負荷，選擇經濟合理的供冷供熱設備，達到建筑節(jié)能的目的。所以，室內設計參數(shù)的確定是采暖通風與空氣調節(jié)設計的首要前提[1-2]。

研究方法

為了獲得符合我國實際情況的室內設計參數(shù)值，本文以我國現(xiàn)行的《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB50019-2003）[3]、《 公 共 建 筑 節(jié) 能 設 計 標 準 》（GB50189-2005）[4]等為主要依據，并參照國際標準ISO7730[5]，ASHRAE55[6]等，從室內熱舒適、建筑節(jié)能和實際調研三部分進行分析。

本文以天津地區(qū)的民用建筑為例，分析了室內計算參數(shù)對建筑采暖空調系統(tǒng)能耗的影響。在研究過程中，以熱舒適為前提，通過能耗模擬的方式得出不同室內參數(shù)下的能耗值。因為不同功能建筑的人員活動量、人員服裝熱阻、空調開啟時間等參數(shù)差異很大，所以各自的舒適區(qū)及能耗特點也各不相同，所以應該分類研究，本文針對辦公建筑，通過模擬軟件DeST計算建筑全年的空調能耗，并得出溫、濕度對建筑能耗的影響規(guī)律，綜合考慮熱舒適及能耗得出辦公建筑的節(jié)能舒適區(qū)。

研究對象

本文是以天津地區(qū)的建筑為例研究各類建筑的能耗，因此所選取的建筑模型必須能夠反映天津地區(qū)現(xiàn)有建筑的實際狀況。通過統(tǒng)計分析天津地區(qū)公共建筑的基本信息并結合《公共建筑節(jié)能設計標準》的要求確定了本文的建筑模型。

辦公建筑模型共有5層，層高3.6m，建筑面積為5000m2，空調系統(tǒng)形式采用風機盤管+新風系統(tǒng)，冷源選用30HXC高效型螺桿式冷水機組，熱源選用燃煤鍋爐。水系統(tǒng)采用定流量系統(tǒng)。

Fanger的熱舒適理論及PMV-PPD指標

1970年，F(xiàn)anger提出了PMV指標，該指標是綜合傳熱理論和人體試驗得到的經驗數(shù)值得到的，該指標可以預測任何給定環(huán)境變量的組合所產生熱感覺。

PMV指標代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，但是人與人之間存在生理差別，因此PMV指標并不一定能夠代表所有個人的感覺。為此，F(xiàn)anger又提出了預測不滿意百分比PPD（Predicted PercentDissatisfied）指標來表示人群對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)，并利用概率分析方法，給出PMV與PPD之間的定量關系：

ASHRAE 55-2004中推薦-0.5＜PMV＜0.5為設計依據，對應的PPD≤10%，即90%以上的人感到滿意；ISO7730-2005中推薦-0.7＜PMV＜0.7。我國還是發(fā)展中國家，考慮到我國的經濟水平，《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定》(GB/T18049-2000)及《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB50019-2003）中推薦-1＜PMV＜1，對應的PPD≤27%。本文以-1＜PMV＜1作為舒適區(qū)的計算范圍[7-11]。

舒適區(qū)的計算

根據目前國內外的研究結果，影響室內熱舒適的因素主要有以下六個：人體的新陳代謝率、服裝熱阻、室內空氣流速（風速）、空氣溫度、平均輻射溫度、相對濕度（或含濕量）。本文主要考慮溫度及相對濕度對熱舒適的影響，因此需要對其他影響因素進行一些假設，假設條件主要依據ISO7730及ASHRAE，同時也綜合考慮我國的國情。假設結果見下表：

表一 舒適區(qū)計算假設條件[5-6]

根據上述理論及假設條件，可以計算出建筑舒適區(qū)。將PMV劃分為五個等級（-1、-0.5、0、0.5、1）, 對于每個舒適等級，在給定的濕度條件下，可以計算出其對應的舒適溫度。表3及表4為辦公建筑夏季工況及冬季工況下的舒適區(qū)。

表二 辦公建筑夏季空調舒適區(qū)

表三 辦公建筑冬季空調舒適區(qū)

由上表可知，在其他條件已定的情況下，影響熱舒適的主要因素是溫度，相對濕度對熱舒適的影響較小。

室內計算參數(shù)對空調能耗的影響

圖2及圖3是相對濕度30%～70%、PMV-1～1時，辦公建筑不同室內參數(shù)對應的夏季空調能耗及冬季空調能耗值。

從圖2中可知：對于采用風機盤管系統(tǒng)的小型辦公建筑，夏季空調能耗約為15～27kWh/（m2·a）。

對于同樣的熱舒適等級，能耗隨相對濕度的降低而降低，相對濕度每降低10%，能耗平均增加6%。對于同樣的相對濕度，能耗隨PMV的降低而顯著增大，在本文中將熱舒適分為五個等級，PMV每降低0.5（溫度降低1.7℃左右），能耗約增加8%。

從圖3中可知：對于采用風機盤管系統(tǒng)的辦公建筑，冬季空調能耗約為13～34kWh/（m2·a）。

在實際的調研中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的冬季空調不加濕，造成室內濕度過低。當采用了高壓噴霧加濕器時，相對濕度每增加10%，總能耗約增加3%，其中變化的主要是加濕能耗，加濕能耗約增加17%。對于相同的相對濕度，能耗隨PMV的增大而顯著增大，PMV每升高0.5（溫度升高2.2℃左右），能耗約增加14%。

圖1 小型辦公建筑夏季空調室內計算參數(shù)與建筑能耗的關系圖

圖2 小型辦公建筑冬季空調室內計算參數(shù)與建筑能耗的關系圖

2007年6月1日國務院辦公廳下發(fā)了《關于嚴格執(zhí)行公共建筑空調溫度控制標準通知》，規(guī)定空調設定溫度夏天不得低于26℃。但僅僅調整空調設定溫度來節(jié)能是不夠的，只有合理組合室內設計參數(shù)才能同時達到舒適且節(jié)能的目的。由于相對濕度對熱舒適影響不大，在國際標準中對相對濕度的要求并不嚴格。例如：在ISO773-2005中對相對濕度未做要求，而在ASHRAE55-2004中指出，含濕量應低于12g/Kg干空氣，或水蒸氣分壓力低于1.910Kpa。對熱舒適來說沒有濕度的下限，理論上來講，即使相對濕度達到0%，依然能夠滿足熱舒適的要求，因此ASHRAE55中沒有規(guī)定濕度的下限。但是一些非熱舒適的因素，會對濕度的范圍有一定的要求，例如：在ASHRAE手冊中提到：低的濕度會使皮膚和粘液表面干燥，導致鼻子喉嚨眼睛干燥，特別是露點低于零度的時候。高濕度的時候，單一的熱感覺已經不是熱舒適的可靠的表現(xiàn)者了，因為不舒適的出現(xiàn)是因為對濕度本身的感覺，濕度會增加衣服和皮膚之間的摩擦。為了防止這種因熱引起的不舒適，在冬季熱邊界的相對濕度不能超過60%[6]。另外在《中等熱環(huán)境中PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定》中指出：推薦相對濕度應維持在30%～70%限度的設置是為了減少潮濕或干燥對皮膚及眼睛的刺激、靜電、細菌生長和呼吸性疾病的危害。綜合國內外的標準及研究成果，推薦夏季相對濕度在40%～65%之間；冬季相對濕度在30%～60%之間[7]。相對濕度對熱舒適的影響很小，但對能耗的影響不容忽視。因此，在滿足人體健康的情況下，在夏季應盡可能的采用高一點的室內計算濕度，冬季應盡可能的采用低一點的室內計算濕度。

PMV是熱舒適的量化指標，影響PMV的主要因素是溫度，由此可見，適當提高夏季空調設定溫度、降低冬季空調溫度對降低建筑能耗有極其重要的意義。

節(jié)能舒適區(qū)的建立

為了綜合考慮熱舒適及能耗，本文采用先計算舒適區(qū)內各工況點的能耗，然后去掉高能耗區(qū)的方法。溫度對熱舒適及夏季空調及冬季空調的能耗都有很大影響，在本文中熱舒適的量化指標為PMV。下面以夏季空調為例介紹PMV與能耗的結合方式。

首先，根據各工況點的能耗，如圖1、圖2所示，根據得出的能耗值，可以做出不同相對濕度時，PMV與能耗的關系圖，并擬合出能耗與PMV的關系曲線。其次，根據能耗值大小將-1

表4 能耗分區(qū)圖

根據分區(qū)結果，可以確定各能耗區(qū)PMV的邊界。高能耗區(qū)的的特點是既不舒適也不節(jié)能，應當去掉；中能耗區(qū)的特點是熱舒適等級最高，較節(jié)能；低能耗區(qū)的特點是節(jié)能，但熱舒適等級較低。用同樣的方法可以計算其他類型建筑夏季空調及冬季空調的節(jié)能舒適區(qū)。

室內參數(shù)與熱舒適及能耗都有很大關系，用定量的方法將熱舒適及能耗結合起來的優(yōu)點主要有以下幾點：

以熱舒適區(qū)為計算前提，保證選取的室內計算參數(shù)全部滿足熱舒適要求。

將高能耗區(qū)去掉，避免選擇高能耗的計算參數(shù)。

根據建筑等級分級，根據不同的熱舒適要求，有針對性的選擇不同級別的計算參數(shù)。

考慮了建筑能耗隨PMV的變化趨勢，當建筑能耗隨PMV變化較快時，則選取較窄的熱舒適范圍，當能耗隨PMV變化較慢時，則取較寬的熱舒適范圍。

通過此方法，可以計算出辦公建筑的節(jié)能舒適范圍，如表5、表6所示：

表5

表6

三、結語

合理選擇室內計算參數(shù)對降低空調能耗由很大的意義，應大力推廣，要根據建筑類型選擇合適的室內計算參數(shù)。通過本文的分析，可以得出以下結論：

根據Fanger熱舒適理論，相對濕度對熱舒適影響很小，但對能耗的影響不容忽視，對于夏季空調，相對濕度應控制在40～65%之間，并盡量取較高的相對濕度，對于冬季空調，相對濕度應控制在30～60%之間，并盡量取較低的相對濕度。

溫度是影響熱舒適的主要因素，同時對空調能耗有很大影響。在選擇室內計算溫度時要綜合考慮熱舒適及能耗，根據建筑等級及建筑類型，合理選擇室內計算溫度。高級辦公建筑溫度應取22.9～25.5℃，普通建筑溫度應取24.9～28.5℃。

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[4]中華人民共和國建設部．GB 50189-2005 公共建筑節(jié)能設計標準[S]．北京：中國標準出版社，2005．

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[6]ASHRAE Standard 55．Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy [S]． Atlanta:ASHRAE Standards Committee,2004．

[7]中華人民共和國建設部．GB/T18049-2000 中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定[S]．北京：中國標準出版社，2000．

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